DE2810555A1

DE2810555A1 - Rezirkulationsschaltung

Info

Publication number: DE2810555A1
Application number: DE19782810555
Authority: DE
Inventors: Andre Besson; Marcel Motola
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1977-03-11
Filing date: 1978-03-10
Publication date: 1978-09-21
Also published as: GB1577303A; FR2383451A1; FR2383451B1; US4165492A

Description

	Fater itanwalte	THOMSON - CSF	/ Frankreich	Dipl.-lng.
Dipl.-lng.	Dipl.-Chem.	173, Bd. Haussmann		G. Leiser
E. Prinz	Dr. G. Hauser	7^008 Paris
	Ernsbergerstrasse 19
	8 München 60	10. März 1978

Unser Zeichen; T 3066

Rezirkulationsschaltung

Die Erfindung betrifft eine Rezirkulationsschaltung zum Wiederholen eines impulsförmigen Analogsignals.

Die Erfindung kommt in dem Fall zur Anwendung, in welchem es erforderlich ist, eine-aufgeschobene Signalverarbeitung auszuführen oder zu vollenden, nachdem die Information verschwunden ist. Das kommt vor, wenn die Signale kurz sind, beispielsweise im Fall von Radarimpulsen.

Ein Anwendungsfall, der für die Erfindung besonders in Betracht gezogen wird, liegt auf dem Gebiet der Radar anlagen, die mit veränderlicher Frequenz arbeiten,d.h. in

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denen sich die Frequenz von einem Impuls zum nächsten ändert und in denen es sich als erforderlich erweist, die Frequenzinformation für eine ausreichend lange Zeitdauer aufzubewahren, die die des ausgesandten Impulses weit übersteigen kann.

Eine Schaltung nach der Erfindung gestattet, eine Frequenz speiche rung vorzunehmen. Unter Frequenzspeicherung ist die Funktion zu verstehen, von einem am Eingang dargebotenen Hochfrequenzimpuls am Ausgang η Exemplare in regelmäßigen zeitlichen Abständen zu reproduzieren. Die Schaltung gestattet so, flüchtige Impulse zu speichern und die aufgeschobene Verarbeitung des Signals nach dem Verschwinden der ursprünglichen Information auszuführen.

Eine Frequenzspeicherschaltung enthält bekanntlich im allgemeinen eine Schleife mit einer Verzögerungsleitung. Die zur Schleife geschaltete Schaltung sorgt für die Rezirkulation eines ursprünglich an den Eingang angelegten Impulses folgendermaßen: die Information wird in dem Verzögerungselement verzögert , ein Bruchteil des verzögerten Signals wird am Ausgang entnommen und wieder am Eingang der Verzögerungsleitung eingegeben, usw.

Der Hauptnachteil jedes zur Schleife geschalteten Systems, vor allem, wenn es mit hohen Frequenzen arbeitet, besteht darin, daß immer die Gefahr von ungewollten Selbstschwingungen vorhanden ist, wenn die Verstärkung der Schleife größer als eins ist und wenn die Phase in der Schleifenschaltung schlecht kontrolliert ist.

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Wenn die Verstärkung größer als eins ist, haben die ungewollten Schwingungen, die den normalen Betrieb der Schaltung stören, ihren Ursprung immer im Rauschen. Letzteres umfaßt nicht allein das thermische Rauschen, das in jeder elektrischen Schaltung vorhanden ist, sondern auch die parasitären Signale, die durch die Verzögerungsleitung in Zeitpunkten erzeugt werden, die von dem der Abgabe des verzögerten Nutzsignals verschieden sind. Diese parasitären Signale oder Störsignale nehmen denselben Weg wie das Nutzsignal. Das Rauschen wird in der Schleife unaufhörlich verstärkt und daher schließlich in Schwingungen umgewandelt, wenn seine Amplitude durch eine Nichtlinearität eines Bestandteils der Schleife begrenzt wird.

Zur Beseitigung dieser Art von Schwierigkeit in zur Schleife geschalteten Schaltungen wird die Schleifenverstärkung kleiner als eins gewählt. Daraus folgt eine Abnahme der Amplitude der vervielfältigten Signale, wobei diese Abnahme mit einer Schnelligkeit auftritt, die um so größer ist, je größer der Abstand zwischen der Verstärkung der Schleife und der Verstärkung eins ist.

Es ist infolgedessen verständlich, daß der Kompromiß hinsichtich der Schleifenverstärkung nachteilig ist, da, um zu vermeiden, daß Signale mit zu stark abnehmender Amplitude reproduziert werden, mit einer Schleifenverstärkung gearbeitet werden muß, die sehr nahe bei eins liegt, aber kleiner als eins ist. Unter diesen Betriebsbedingungen kann eine winzig kleine Änderung eines Parameters, der

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an der Bestimmung des Wertes der Schleifenverstärkung beteiligt ist, die Schaltung in eine Instabilitätszone bringen und die bereits erwähnten ungewollten Schwingungen hervorrufen.

Ziel der Erfindung ist es, eine Rezirkulationsschaltung zu schaffen, die die erwähnten Nachteile hinsichtlich der Instabilität, der Abnahme der Amplitude und der Selbstschwingungen beseitigt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung enthält die Rezirkulationsschaltung darüberhinaus in der Schleife eine aktive Schaltung, deren Verstärkungskennlinie derart nichtlinear ist, daß für Signale, deren Amplitude unter einem Schwellenwert liegt, die Verstärkung kleiner als 1 ist, undfür Signale, deren Amplitude über diesem Schwellenwert liegt, größer als 1 ist, wobei dieser Schwellenwert in Abhängigkeit von der Amplitude des zu wiederholenden Nutzsignals und von dem Rauschabstand am Eingang festgelegt wird, so daß die Störsignale des Rauschens wesentlich gedämpft werden, sowie eine Amplitudenbegrenzungsschaltung zum Wiederholen des Signals mit einer konstanten Amplitude.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig.l ein Vereinfachtes Blockschaltbild

einer Rezirkulationsschaltung nach der Erfindung,

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Fig. 2 Kurven, die sich auf den Betrieb der

Schaltung von Fig. 1 beziehen,

Fig. 3 eine Darstellung der Verstärkungskenn

linien der zur Schleife geschalteten Schaltung von Fig. 1,

Fig. 4 eine Empfindlichkeitskurve, die für die

nichtlineare aktive Schaltung in der Schleife gemäß der Erfindung vorgesehen werden kann,

die Fig. 5a die Empfindlichkeitskurve bzw. eine und 5b erstes Ausführungsbeispiel der nicht

linearen aktiven Schaltung,

die Fig. 6a die Empfindlichkeitskurve bzw. eine und 6b zweite Ausführungsform der nichtlinea

ren aktiven Schaltung, und

Fig. 7 ein Blockschaltbild, das sich auf die

Anwendung bei einer Radaranlage mit veränderlicher Frequenz zum Durchführen einer Prüfung des Intrittfallens oder zur Vornahme der Einstellung der Frequenzregelschaltung bezieht.

Gemäß Fig. 1 enthält die Rezirkulationsschaltung in herkömmlicher Weise eine Schleife, die aus den im folgenden

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im einzelnen angegebenen Elementen besteht. Am Eingang empfängt eine Summierschaltung 1 über einen ersten Eingang das zu reproduzierende Signal SI und über einen zweiten Eingang das wiedereinzugebende Schleifensignal SR. Der Summierschaltung 1 ist eine Verzögerungsleitung 2 nachgeschaltet, deren Verzögerung Tr größer als die Dauer τ des zu wiederholenden Impulssignals SI ist und deren Frequenzkenndaten entsprechend gewählt sind. Wenn die Trägerfrequenz Fp des Signals in einem Frequenzband B mit einer Betriebsmittenfrequenz Fo liegen kann, ist die Verzögerungsleitung 2 deshalb für die Verarbeitung von Signalen ausgelegt, die diesen Frequenzkenndaten entsprechen.

Eine Teilerschaltung 3 ist danach am Ausgang angeordnet, um einen Bruchteil des verzögerten Signals zu entnehmen und ihn über die Schleife und über den zweiten Eingang der Summierschaltung 1 zu der Verzögerungsleitung 2 zu übertragen, usw.

Die zur Schleife geschaltete Schaltung enthält außerdem .Verstärkungseinrichtungen, die, wie dargestellt, aus einem ersten linearen Verstärker 4 zwischen der Summierschaltung 1 und der Verzögerungsleitung 2, einem zweiten linearen Verstärker 5 zwischen dem Ausgang der Verzögerungsleitung 2 und der Teilerschaltung 3 und einem dritten linearen Verstärker 6 in der von der Teilerschaltung zu der Summierschaltung gehenden Schleifenverbindung bestehen können. In diese Verbindung ist außerdem, wie dargestellt,

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eine Schalteinrichtung 7 eingefügt, welche die Schleife für eine Dauer schließt, die der Anzahl η von vorzunehmenden Rezirkulationen entspricht. In dem Fall, in welchem die zu speichernden impulsformigen Signale sich mit einer Periode Te wiederholen, muß die Schließdauer des Schalters 7 kleiner als dieser Periode Te festgelegt werden, was eine maximale Anzahl Te/Tr von möglichen Wiederholungen einschließt.

Ein zu speichernder Hochfrequenzimpuls SI, der in Fig. 2a symbolisch dargestellt ist, wird als in einem bestimmten Zeitpunkt to am Eingang der Summierschaltung vorhanden angesehen. Er durchquert die Summierschaltung 1, den Verstärker 4 und geht in die Verzögerungsleitung 2, um sie in einem späteren Zeitpunkt to + Tr wieder zu verlassen. Nach Verstärkung in dem Verstärker 5 wird der Impuls durch die Teilerschaltung 3 einerseits zu dem Ausgang und andererseits zu der Schleifenverbindung geleitet, in welcher er durch den Verstärker 6 verstärkt und über den geschlossenen Schalter 7 erneut zu der am Eingang vorgesehenen Summierschaltung 1 geleitet wird. Das Signal SR wird so für einen erneuten Zyklus wieder eingegeben, dessen Ablauf in jeder Hinsicht mit dem vorstehend beschriebenen identisch ist. Fig. 2b zeigt das Nutzsignal SU, das am Ausgang abgegeben wird, für eine Anzahl η = 4 von Rezirkulationen und für den Fall eines periodischen Signals SI. Fig. 2c zeigt das an die Schalteinrichtung 7 angelegte Steuersignal SC. Dieses Signal wird als durch eine Zusatzschaltung 8 erzeugt angegesehen, in welcher der Anfangs-

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Zeitpunkt to, der durch einen Sendesynchronisiertaktgeber gegeben verden kann, festgestellt wird und der Steuerrechteckimpuls SC, der die gewünschte Dauer hat, erzeugt wird.

Gemäß der Erfindung enthält die Rezirkulationsschaltung außerdem innerhalb der Schleife eine aktive Schaltung 10, die aus einem oder mehreren Elementen besteht und deren Verstärkungskennlinie nichtlinear ist, so daß die Schleifenverstärkung kleiner oder größer als 1 ist, je nach der Amplitude der Signale in bezug auf einen bestimmten Schwellenwert, um die durch Rauschen verursachten Störsignale wesentlich zu dämpfen und den Rauschabstand aufrechtzuerhalten.

Die Eigenschaft der aktiven Schaltung 10 wird anhand der Figuren 3 und 4 erläutert, in denen die Abszissenachse der Amplitude Ve des Eingangssignals und die Ordinatenachse der Amplitude Vs des Ausgangssignals dieser Schaltung entspricht. Wegen des Wechselns des Signals ist der Schwellenwert durch die Werte +Vc und -Vc dargestellt. In Fig. 3 ist die der Verstärkung eins entsprechende Steigung dargestellt und die schraffierten Zonen sind diejenigen Zonen, in denen die Verstärkungskurve der aktiven Schaltung 10 liegen soll. In Fig. 4 ist als Beispiel eine mögliche Empfindlichkeitskurve für die Schaltung dargestellt. Für die Signale, deren Amplitude kleiner als der Schwellenwert Vc ist und daher zwischen -Vc und +Vc liegt, erzeugt die Schaltung eine Verstärkung Gsp zwischen 0 und 1, so daß die Schleif en verstärkung kleiner als 1 ist. Für die

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Signale, deren Amplitude größer als der Schwellenwert Vc ist, d. h. außerhalb des Intervalls von -Vc bis +Vc liegt, ist die durch die Schaltung 10 gelieferte Verstärkung Gsu so, daß die Schleifenverstärkung größer als eins ist.

Der Schwellenwert Vc wird in Abhängigkeit von der Amplitude des zu reproduzierenden Nutzsignals und in Abhängigkeit vom dem Rauschabstand am Eingang festgelegt. Dieses Verhältnis ist im allgemeinen bekannt und deshalb umschließt der durch den Schwellenwert festgelegte Bereich die durch Rauschen hervorgerufenen Störsignale, welche in der Schleife gedämpft werden und unter diesen Bedingungen nicht zu ungewollten Schwingungen führen können. Es sei angemerkt, daß die durch das Nutzsignal erzeugte Verstärkung Gsu mit einer großen Toleranz gewählt werden kann, da die einzuhaltende Bedingung eine Verstärkung von größer als eins jenseits des festgesetzten Schwellenwertes ist, um den Nachteil einer fortschreitenden Abnahme des Nutzsignals zu vermeiden.

Es ist außerdem vorgesehen, in der Schleife oder außerhalb der Schleife am Ausgang eine Amplitudenbegrenzungsschaltung 11 vorzusehen, in der die Amplitude der abgegebenen Nutzsignale in Abhängigkeit von ihrer Abgabereihenfolge zunimmt. Auf diese Weise wird eine Wiederholung des Signals mit konstanter Amplitude am Ausgang erzielt (Fig. 2b). Außerdem ist eine Filterschaltung vorgesehen, welche die Frequenzkenndaten des zu verarbeitenden Eingangssignals aufweist, d. h. eine Bandbreite B und eine Mittenfrequenz Fo, um die Harmonischen der Trägerfrequenz Fp des Signals

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auszufiltern, die durch die nichtlineare Kennlinie der aktiven Schaltung 10 erzeugt werden.

In den Fig. 5 und 6 sind verschiedene Arten der nichtlinearen Schaltung dargestellt, welche die Merkmale aufweist, die für den Betrieb erforderlich sind, wie es vorstehend dargelegt worden ist.

Die Schaltung von Fig. 5b enthält eine Gegentaktschaltung mit zwei komplementären Transistoren 21,22 mit nicht unterdrücktem Schwellenwert, denen ein linearer Verstärker 23 nachgeschaltet ist. Fig. 5a zeigt die entsprechende Empfindlichkeitskurve, wobei die Schwellenspannung der Einsatzspannung Vd der Transistoren 21 und 22 entspricht.

In der zweiten Ausführungsform, die in Fig. 6b dargestellt ist, wird eine Vergleicherschaltung 24 benutzt. Die in Fig. 6a angegebene Empfindlichkeitskurve zeigt, daß allein die Amplituden, die größer als Vc sind, mit einer konstanten Verstärkung übertragen werden, wobei die Verstärkung unterhalb des Schwellenwertes null ist. Es ist möglich, eine komplexere Schaltung vorzusehen, um einen doppelten Vergleich auszuführen und eine symmetrische Empfindlichkeitskurve zu erhalten.

Fig. 7 bezieht sich auf eine Verwendung bei einer Radaranla ge,die mit veränderlicher Frequenz arbeitet und bei der es sich um einen Typ handeln kann, der aus den FR-OS'en 2 280 238, 2 221 850 und 2 276 731 bekannt ist. In solchen Radaranla-

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gen erfolgt eine Einstellung auf eine feste Frequenz durch eine Vorpositionierung eines Frequenzverschiebungsoszillators und in der Frequenzregelschaltung werden dieser Frequenzverschiebungsoszillator und der Radarüberlagerungsoszillator benutzt. Die Frequenz des Magnetrons, erhöht um die Zwischenfrequenz, wird mit der des Frequenzverschiebungsoszillators in einer Frequenzdiskriminatormftßschaltung verglichen. Ein zweiter Vergleich wird zwischen dem Frequenzverschiebungsoszillator und dem Radarüberlagerungsoszillator ausgeführt und bei der Einstellung sollen diese Messungen gleich gemacht werden. In dem Blockschaltbild von Fig. 7 ist an der Stelle 25 ein Magnetron mit einstellbarer Frequenz und an der Stelle 26 ein Frequenzverschiebungsoszillator, bei welchem es sich um einen spannungsgesteuerten Oszillator handelt, dargestellt. Eine Schaltung 27 drückt die Frequenzänderungen des Magnetrons 25 als ein elektrisches Signal aus, welches gestattet, die Frequenz des Frequenzverschiebungsoszillators 26 entsprechend zu steuern. Ein Bruchteil des mit der Frequenz FM gesendeten Impulses wird durch einen Fühler 28, dem ein Dämpfungsglied 29 nachgeschaltet ist, entnommen, und in einem Mischer 30, der die Frequenz FT des Frequenzverschiebungsoszillators 26 empfängt, in der Frequenz umgesetzt. Das abgegebene, in der Frequenz umgesetzte Signal der Frequenz F„ - F_M kann beispielsweise in einem Band zwischen 100 und 140 MHz liegen und wird an eine Rezirkulationsschaltung 31 der vorstehend beschriebenen Art angelegt. Die wiederholten Impulse, die am Ausgang abgegeben werden, haben die ent-

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sprechende Frequenz Fp des Eingangsimpulses (Fig. 2a und 2b)und sie werden erneut in der Schaltung 32 mit der ÜberlagerungsSchwingung F_ in der Frequenz umgesetzt, woran anschließend das Signal mit der Überlagerungsfrequenz FR des Radarüberlagerungsoszillators 33 in einer Mischstufe gemischt wird. Das Ausgangssignal der Mischstufe 34 wird an einen Meßdiskriminator 35 angelegt, um eine Prüfung der Frequenzregelung oder, um eine Einstellung durch wiederholtes Einwirken auf die Frequenzregelung vorzunehmen.In dem Fall einer Prüfung des Intrittfaliens der Frequenzregelung kann die Schaltung 36 beispielsweise aus einer Anzeigeeinrichtvr^ bestehen. In dem Fall einer Einstellung der Frequenzregelung erzeugt die Schaltung 36 aufgrund des von dem Diskriminator 35 abgegebenen Fehlersignals ein Signal zur Frequenzsteuerung des Radarüberlagerungsoszillators 33.

Von den anderen möglichen Anwendungsfällen der Rezirkulationsschaltung kann insbesondere die Identifizierung der empfangenen Frequenz auf dam Gebiet der Abwehr oder, umgekehrt, die Erzeugung von Echos auf dem Gebiet der Störung in Betracht gezogen werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung entsprach folgenden Kenndaten:

Frequenzspeicherung zwischen 100 und 140 MHz; gespeicherter Hochfrequenzimpuls der Breite 0,4 bis 1,2 /US Anzahl der Rezirkulationen η = 10,

mit elastischen Oberflächenwellen arbeitende Verzögerungsleitung mit einer Verzögerung von 10 /US,

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nichtlineare aktive Schaltung des in Fig. 6 schematisch dargestellten Typs mit einem extra schnellen Vergleicher als Festkörperschaltkreis ("Advanced Micro Devices" AM 685). Der Wert der Schwe11enspannung ist insbesondere so eingestellt worden, daß alle Störechos, die die Verzögerungsleitung erzeugt, bei jedem Umlauf eliminiert werden.

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Claims

Paientanwake 173, Bd. Haussmann Frankreich Dipl.-lng. Dipl.-lng. Dipl.-Chem. 75008 Paris / G. Leiser E. Prinz Dr. G. Häuser Ernsbergerstrasse 19 8 München 60 10. März 1978 THOMSON - CSF

Unser Zeichen: T 3066

Patentansprüche ;

.J Rezirkulationsschaltung zum Wiederholen eines impulsförmigen Analogsignals, mit einer durch eine Verzögerungsschaltung gebildeten Schleife zum Erzeugen einer Verzögerung, die wenigstens gleich der Dauer des Signals ist, mit einer Teilerschaltung am Ausgang zum Entnehmen eines Bruchteils des Verzögerten Signals und zum Wiederanlagen desselben an den Eingang der Verzögerungsschaltung mit Hilfe einer am Eingang angeordneten Summierschaltung, mit in die Schleife eingefügten Verstärkungseinrichtungen mit linearer Kennlinie zum Erzeugen einer bestimmten Schleifenverstärkung, mit Schalteinrichtungen zum Schliessen der Schleife für eine vorbestimmte Zeit, die der An- ■ zahl der vorgesehenen Wiederholungen entspricht, und mit einer aktiven Schaltung mit einer derartigen nichtlinearen Verstärkungskennlinie, daß die Verstärkung für Signale, deren Amplitude kleiner als ein Schwellenwert ist, kleiner als 1 ist, und für Signale, deren Amplitude größer als dieser Schwellenwert ist, größer als 1 ist,dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die nichtlineare aktive Schaltung eine Am plitudenempfindlichkeitskurve aufweist, die in dem Bereich der Nutzsignale linear ist, d. h. in dem Bereich außerhalb desjenigen, der durch den Schwellenwert (Vc) begrenzt wird, welch letzterer in Abhängigkeit von der Amplitude des zu wiederholenden Nutzsignals (SI) und in Abhängigkeit von dem Rauschabstand des Eingangs signals so festgelegt ist, daß die durch Rauschen hervorgerufenen Störsignale wesentlich gedämpft werden, und daß eine Amplitudenbegrenzungsschaltung (11) zum Wiederholen des Nutzsignals (SI) mit einer konstanten Amplitude (SU) vorgesehen ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Filter (12) zum Eliminieren der Harmonischen des Nutzsignals, die durch die Nichtlinearität der nichtlinearen aktiven Schaltung erzeugt werden, das eine Bandbreite, die der durch die erwarteten Eingangssignale dargestellten Bandbreite entspricht, aufweist.
3. Schaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schaltung mit nichtlinearer Verstärkungskennlinie aus einer Gegentaktschaltung mit zwei komple- · mentären Transistoren (21, 22) mit nicht unterdrücktem Schwel lenwert besteht, denen ein linearer Verstärker (23) nachgeschaltet ist.
4. Schaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schaltung mit nichtlinearer Verstärkungs-

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kennlinie aus einem extra schnellen Vergleicher (24) besteht.
5. Verwendung einer Rezirkulationsschaltung (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Erzeugen eines Signals zur Prüfung des Intrittfaliens der Frequenzregelung in der Frequenzregelschaltung einer mit veränderlicher Frequenz arbeitenden Radaranlage.
6. Verwendung einer Rezirkulationsschaltung (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Vornehmen einer Frequenzrsgelungseinstellung durch aufeinanderfolgende Verstellungen des Radarüberlagerungsoszillators (33) in der Frequenzregelschaltung einer mit veränderlicher Frequenz arbeitenden Radaranlage.